import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Deque;
import java.util.Stack;
import java.util.logging.Level;

public class Sort {

    /**
     * 直接插入排序
     * 时间复杂度：O(N^2)
     *     最坏情况下：逆序的  5 4 3 2 1
     *     最好情况下：本身就是有序的  1 2 3 4 5 O(n)
     *              如果数据越有序，直接插入排序越快
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定的排序
     *     本身如果是一个稳定的排序，那么可以实现为不稳定的
     *     但是 如果一个排序 本身就是不稳定，能实现为稳定的排序吗？
     * @param array
     */
    public static void insertSort(int[] array){
        for(int i = 1;i < array.length; i++){
            int tmp = array[i];
            int j = i-1;
            for(; j >=0; j--){
                if(array[j] > tmp){
                    array[j+1] = array[j];
                } else {
                    array[j+1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j+1] = tmp;
        }
    }

    /**
     * 希尔排序
     * 不稳定的
     * 时间复杂度：n^1.3  - n^1.5
     * 空间复杂度：O(1)
     * @param array
     */
    public static void shellSort(int[] array){
        int gap = array.length;
        while (gap > 1){
            gap /= 2;
            shell(array,gap);
        }
    }

    private static void shell(int[] array, int gap) {
        for(int i = gap;i < array.length; i++){
            int tmp = array[i];
            int j = i-gap;
            for(; j >=0; j-=gap){
                if(array[j] > tmp){
                    array[j+gap] = array[j];
                } else {
                    array[j+gap] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j+gap] = tmp;
        }
    }


    /**
     * 选择排序：
     * 时间复杂度：O(N^2)
     *        和数据 是否有序无关
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定的排序
     * @param array
     */
    public static void selectSort(int[] array){

        for (int i=0; i<array.length; i++){
            int mindIndex = i;
            for(int j = i+1; j < array.length;j++){
                if(array[j] > array[mindIndex]){
                    mindIndex = j;
                }
            }
            swap(array,mindIndex,i);
        }
    }

    private static void swap(int[] array,int i,int j){
        int tmp = array[i];
        array[i] = array[j];
        array[j] = tmp;
    }

    public static void selectSort2(int[] array){
        int left = 0;
        int right = array.length-1;
        while(left<right){
            int minIndex = left;
            int maxIndex = left;
            for (int i = left+1; i <= right; i++) {
                if(array[i] < array[minIndex]) {
                    minIndex = i;
                }
                if(array[i] > array[maxIndex]) {
                    maxIndex = i;
                }
            }
            swap(array,left,minIndex);
            if(maxIndex == left) {
                maxIndex = minIndex;
            }
            swap(array,right,maxIndex);
            left++;
            right--;
        }

    }

    /**
     * 堆排序
     * 时间复杂度：O(n*logN)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     * @param array
     */
    public static void heapSort(int[] array){
        creatHeap(array);

        int end = array.length-1;
        while (end > 0){
            swap(array,0,end);
            siftDown(array,0,end);
            end--;
        }

    }

    private static void creatHeap(int[] array){

        for(int parent = (array.length-1-1)/2;parent >= 0;parent--){
            siftDown(array,parent,array.length);
        }
    }

    /**
     *
     * @param array
     * @param parent 每棵子树调整的节点
     * @param length 每棵子树调整结束的节点
     */
    private static void siftDown(int[] array,int parent,int length){
        int child = parent*2 + 1;
        while (child < length){
            if (child+1 < length && array[child] < array[child+1]){
                child++;
            }
            if(array[parent] < array[child]){
                swap(array,parent,child);
                parent = child;
                child = parent*2 + 1;
                length--;
            } else {
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 冒泡排序：
     * 时间复杂度：【讨论 没有优化的情况下，也就是 没有下方的boolean元素和-i操作】
     *           O(N^2)
     *           优化以后 可能会达到O(N)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定的排序
     * @param array
     */
    public static void bubbleSort(int[] array){

        for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {
            boolean flg = false;
            for(int j = 0;j < array.length-i;j++){
                if(array[j] > array[j+1])
                    swap(array,j,j+1);
                flg = true;
            }
            if (!flg){
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 快速排序
     * 时间复杂度：
     *       最坏情况：当数据给定的是1 2 3 4 5 6 7.....有序的情况下 确实是O(n^2)
     *                          9 8 7 6 5 4
     *       最好情况：O(N*logN)
     * 空间复杂度：
     *      最坏情况：O(N)
     *      最好情况：O(logN)
     * 稳定性：
     *      不稳定性
     * @param array
     */
    // 假设按照升序对array数组中[left, right)区间中的元素进行排序
    public static void QuickSort(int[] array, int left, int right)
    {
        if(right <= left)
            return;

    // 按照基准值对array数组的 [left, right)区间中的元素进行划分
        int div = partition(array, left, right);

    // 划分成功后以div为边界形成了左右两部分 [left, div) 和 [div+1, right)
    // 递归排[left, div)

        QuickSort(array, left, div);

    // 递归排[div+1, right)
        QuickSort(array, div+1, right);
    }

    //Hoare版
    private static int partition(int[] array, int left, int right) {
        int i = left;
        int j = right;
        int pivot = array[left];
        while (i < j) {
            while (i < j && array[j] >= pivot) {
                j--;
            }
            while (i < j && array[i] <= pivot) {
                i++;
            }
            swap(array, i, j);
        }
        swap(array, i, left);
        return i;
    }

    //挖坑法
    private static int partition2(int[] array, int left, int right) {
        int i = left;
        int j = right;
        int pivot = array[left];
        while (i < j) {
            while (i < j && array[j] >= pivot) {
                j--;
            }

            array[i] = array[j];

            while (i < j && array[i] <= pivot) {
                i++;
            }
            array[j] = array[i];
        }
        array[i] = pivot;
        return i;
    }

    //前后指针法
    private static int partition3(int[] array, int left, int right) {
        int prev = left ;
        int cur = left+1;
        while (cur <= right) {
            if(array[cur] < array[left] && array[++prev] != array[cur]) {
                swap(array,cur,prev);
            }
            cur++;
        }
        swap(array,prev,left);
        return prev;
    }

    //快速排序优化：三数取中法选key
    public static void quick(int[] array,int start,int end) {
        if(start >= end) {
            return;
        }

        int midIndex = getMiddleNum(array,start,end);
        swap(array,start,midIndex);

        int pivot = partition(array,start,end);
        quick(array,start,pivot-1);
        quick(array,pivot+1,end);
    }
    private static int getMiddleNum(int[] array,int left,int right) {
        int mid = (left+right)/2;
        if(array[left] < array[right]) {
            if(array[mid] < array[left]) {
                return left;
            }else if(array[mid] > array[right]) {
                return right;
            }else {
                return mid;
            }
        }else {
            if(array[mid] > array[left]) {
                return left;
            }else if(array[mid] < array[right]) {
                return right;
            }else {
                return mid;
            }
        }
    }

    //快速排序 非递归法
        public static void quickSortNonR(int[] array,int start,int end) {
            Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>();
            int pivot = partition(array,start,end);
            if(pivot > start + 1) {
                stack.push(start);
                stack.push(pivot-1);
            }
            if(pivot < end-1) {
                stack.push(pivot+1);
                stack.push(end);
            }
            while (!stack.isEmpty()) {
                end = stack.pop();
                start = stack.pop();
                pivot = partition(array,start,end);
                if(pivot > start + 1) {
                    stack.push(start);
                    stack.push(pivot-1);
                }
                if(pivot < end-1) {
                    stack.push(pivot+1);
                    stack.push(end);
                }
            }
        }

    /**
     * 归并排序：
     * 时间复杂度：O(N*logN)
     * 空间复杂度：O(N)
     * 稳定性：稳定排序
     * @param array
     */
    public static void mergeSort(int[] array) {
        mergeSortTmp(array,0,array.length-1);
    }

    private static void mergeSortTmp(int[] array,int left,int right) {
        if(left >= right) {
            return;
        }
        int mid = (left + right) / 2;
        mergeSortTmp(array,left,mid);
        mergeSortTmp(array,mid+1,right);
        //走到这里 全部分解完毕
        // 合并
        merge(array,left,mid,right);
    }

    private static void merge(int[] array, int left, int mid, int right) {
        int[] tmp = new int[right-left+1];
        int k = 0;
        int s1 = left;
        int s2 = mid+1;
        while (s1 <= mid && s2 <= right) {
            if(array[s1] <= array[s2]) {
                tmp[k++] = array[s1++];
            }else {
                tmp[k++] = array[s2++];
            }
        }
        while (s1 <= mid) {
            tmp[k++] = array[s1++];
        }
        while (s2 <= right) {
            tmp[k++] = array[s2++];
        }
        //可以保证tmp数组 是有序的
        for (int i = 0; i < k; i++) {
            array[i+left] = tmp[i];
        }
    }

    /**
     * 非递归实现 归并排序
     * @param array
     */
    public static void mergeSortNor(int[] array) {
        int gap = 1;
        while(gap < array.length){
            for(int i = 0; i< array.length;i = i + gap*2){
                int left = i;
                int mid = left+gap-1;
                if(mid >= array.length){
                    mid = array.length-1;
                }
                int right = mid+gap;
                if(right >= array.length){
                    right = array.length-1;
                }
                merge(array,left,mid,right);
            }
            gap *= 2;
        }
    }

    /**
     * 计数排序：
     * 时间复杂度：O(范围 + n )
     *       范围越大  越慢
     * 空间复杂度：O(范围)
     * 稳定性：
     * @param array
     */
    public static void countSort(int[] array) {
        //1. 找最大值 和 最小值 来确定 计数数组的大小
        int maxVal = array[0];
        int minVal = array[0];
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            if(array[i] < minVal) {
                minVal = array[i];
            }
            if(array[i] > maxVal) {
                maxVal = array[i];
            }
        }
        int len = maxVal - minVal + 1;
        int[] count = new int[len];

        //2. 遍历原来的数组array把 每个元素 放到对应的计数数组当中 进行计数
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int index = array[i];
            count[index-minVal]++;
        }
        //3.依次 遍历计数数组 O(范围)
        int index = 0;
        for (int i = 0; i < count.length; i++) {
            while (count[i] != 0) {
                array[index] = i+minVal;
                index++;
                count[i]--;
            }
        }
    }

}
